Yokoyama Yui fait partie de la neuvième génération de filles intégrées aux AKB48.
Le 10 octobre 2010, suite au départ d'Ono Erena, elle est intégrée officiellement dans la Team K.
Début janvier 2011, elle intègre un nouveau sous groupe : "Not yet", avec Oshima Yuko, Kitahara Rie et Sashihara Rino.
Le 24 août 2012 elle est transférée dans la Team A; le 21 juillet 2013 elle succède à Shinoda Mariko en tant que capitaine de la Team.
Elle occupe une place simultanée dans la Team A et la Team N entre du 24 août 2012 au 28 avril 2013.
Le 24 février 2014, elle fait son retour dans la Team K et en est nommée capitaine.
Le 26 mars 2015, elle est à nouveau transférée dans la Team A, et en devient capitaine, jusqu' au 8 décembre 2017.
Elle prend la succession de Takahashi Minami en tant que manager général des groupes 48 du  8 décembre 2014 au 8 décembre 2018.
Le 12 septembre 2021, elle annonce son départ des AKB48.
Elle quitte les AKB48 le 9 décembre 2021.